人脐带间充质干细胞 | 对动脉粥样硬化斑块的治疗潜力
2021-08-12

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主动脉粥样硬化(AS)是一种常见的慢性疾病,主要是各种因素导致主动脉血管内膜损伤,造成脂质沉积、纤维组织增生、钙质沉积,并逐渐在管腔内形成粥样斑块性病变。可导致动脉管壁增厚、僵硬、弹性减弱,还可继发斑块内出血、斑块破裂、血栓形成等情况,并发多种疾病。


临床上可通过调整血脂、稳定斑块、抗血小板聚集、抗凝、介入和外科手术治疗。若出现严重并发症,如主动脉夹层分离、主动脉瘤破裂等疾病,治疗不及时,死亡率高。

在针对AS的病例生理学研究中发现,巨噬细胞起着关键性的作用,因为它们吞噬胆固醇脂蛋白,形成泡沫细胞,产生细胞因子。

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有压倒性的证据表明肠道微生物及其代谢物可影响AS的发病 。脂质水平与肠道微生物群的组成有关,而饮食成分是肠道微生物群代谢输出的核心。因此,如果微生物群受到环境或饮食压力(称为生态失调)的干扰,它会增加炎症并改变宿主的新陈代谢。


微生物群和AS通过三甲胺-N-氧化物 (TMAO) 的产生联系起来。TMAO是在肝脏中合成的,它已被证明可以通过增加巨噬细胞如CD36和SRA1的表达来增强动脉粥样硬化病变。这些受体对修饰的脂蛋白具有高度敏感性,可以诱导修饰的低密度脂蛋白(ox-LDL)的摄取,减少巨噬细胞中胆固醇流出,导致泡沫细胞形成 。


间充质干细胞 (MSC) 已被证明可有效治疗包括 AS 在内的各种疾病。

间充质干细胞可以调节包括巨噬细胞在内的各种炎症细胞,并通过抑制炎症反应来抑制斑块形成。

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人类脐带间充质干细胞,在本研究中被称为脐带干细胞 (UCSCs),是具有高分化和增殖能力的多能细胞。UCSCs 可以分化为心肌细胞、骨骼肌细胞、内皮细胞和神经元,并已应用于骨软骨、肌肉骨骼和骨组织再生的研究。


本研究通过在高脂饮食兔模型中静脉移植UCSCs,以观察其治疗效果并了解其作用机制。


发现 UCSCs 移植通过调节巨噬细胞的产生和极化、修复受损的内皮细胞 (EC)、纠正肠道菌群失衡以及防止高脂饮食引起的有害代谢物产生来减少主动脉粥样硬化斑块中的炎症。


UCSCs

血清脂质分析

UCSCs治疗1个月后,治疗组血清ALT、TC、LDL-C水平显着低于模型组。


UCSCs治疗后2个月,与模型组相比,治疗组血清ALT和LDL-C水平下降。UCSCs治疗3个月后,血清ALT、TC、LDL-C、TG、CK-MB和ApoB水平,治疗组均显著低于模型组。


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外周血管多普勒血流成像分析

三组不同时间点的血管成像显示,模型组在高脂饮食1个月后血流受阻,不同时间点仍有不同程度的血流受损,而这些阻塞在治疗组中减少了。

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不同时间点耳外周血管的形态学变化

研究者进一步验证了高脂饮食2个月后兔耳朵的血液充盈情况。激光多普勒血流成像分析显示,模型组耳血充盈低于对照组,平均血流充盈值显着降低。相应地,治疗组的平均血流量填充值相比模型组较高。

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激光多普勒血流成像分析


动脉粥样硬化斑块的血管超声检测

高脂饮食1个月和3个月后,我们进行了血管超声分析。


高脂饮食1个月后,模型组和UCSCs治疗组的主动脉、颈动脉或腹主动脉中均未检测到任何动脉粥样硬化斑块。


高脂饮食3个月后,模型组主动脉弓、颈动脉、腹主动脉出现不同程度的动脉粥样硬化斑块负荷,发生率分别为80%、60%、和 70% 。


治疗组也观察到动脉粥样硬化斑块,主动脉弓、颈动脉和腹主动脉的动脉粥样硬化斑块发生率分别为40%、10%和20%。


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超声检测腹主动脉和颈动脉

A一个斑块主动脉弓,B颈动脉分叉处有几个小斑块,C腹主动脉中部的斑块,D主动脉瓣叶的高回声斑块,E颈动脉分叉处的小斑块,F正常腹主动脉



主动脉粥样硬化斑块的病理变化

染色证实模型组主动脉脂质斑块面积百分比显着大于UCSCs治疗组(图A)。


主动脉斑块切片病理分析显示,与正常组和UCSCs治疗组相比,模型组主动脉出现不同程度的脂质沉积、内膜增厚、炎症细胞浸润增多。我们还发现UCSCs治疗组动脉细胞凋亡减少,细胞增殖增加,EC标志物表达增加。


炎症细胞和细胞因子检测结果显示,与模型组相比,模型组巨噬细胞标志物CD68和炎症因子IL-6和TNF-α的水平显着升高。


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染色和检测主动脉中的细胞凋亡和增殖

与UCSCs治疗组相比,模型组免疫抑制因子IL-10(P < 0.01)和TGF-β显着降低。


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检测主动脉中的炎症细胞和细胞因子